WAAM

Wire Arc Additve Manufacturing am Clausthaler Zentrum für Materialtechnik der TU Clausthal

Additive Fertigungstechnologien (Additive Manufacturing) verändern grundlegend die Art und Weise wie Produkte entwickelt, hergestellt und an Verbraucher geliefert werden. Zahlreiche Forschungsarbeiten zeigen das große Potential hierzu auf. Konsens ist, dass ein wirtschaftlicher Einsatz hohe Materialauftragsraten und eine durchgängige Prozesskette – von der Bauteilgestaltung bis zum Fertigungsprozess – voraussetzt.

Der am CZM vorhandene Forschungsschwerpunkt soll das Potential der lichtbogenbasierten additiven Fertigung (Wire Arc Additve Manufacturing - WAAM) für die Herstellung komplexer Strukturbauteile mit lokal angepassten Materialeigenschaften erschließen und nutzbar machen. Obwohl dieses Verfahren vielfach eingesetzt wird, konnten die Potentiale der gezielten Wärme- und Materialeintragsführung für Eigenschaften multimaterieller Systeme in monolithischen Bauteilen bisher nicht erschlossen werden. Am CZM werden diese Potentiale erforscht und durch neue Methoden und Verfahren für die Entwicklung und Herstellung völlig neuer Bauteile nutzbar gemacht. Grundlage hierfür ist die Untersuchung und Beschreibung der verfahrensspezifischen Wechselwirkungen zwischen Produktentwicklung, Prozesstechnologie, Prozessführung und Prozesssimulation in einem interdisziplinären Forschungsteam.

Wir verfolgen die Vision, einer materialeffizienten Herstellung komplexer und hochbeanspruchter Strukturbauteile und einer neuen Dimension der Gestaltungsfreiheit und Funktionsintegration. Es soll möglich werden, bisher sehr aufwendig gefertigte und nachbearbeitete Bauteile wie Bohrköpfe oder Tiefziehwerkzeuge nicht nur in Stückzahl Eins, sondern mit exakt für den vorgesehenen Anwendungsfall eingestellten Werkstoffeigenschaften effizient in einem durchgängigen Prozess mit hohem Automatisierungsgrad zu entwickeln und herzustellen. Hierzu werden einerseits verfahrensspezifische Erkenntnisse für das Wire Arc Additive Manufacturing erarbeitet und andererseits allgemein anwendbare Methoden und Verfahren für die integrierte Entwicklung und flexible Prozessführung additiv gefertigter, monolithischer Bauteile erforscht und erprobt. Mithilfe einer Demonstratoranlage wird aufgezeigt, wie ausgehend von wenigen und anwendungsspezifischen Randbedingungen (z.B. Bauraum, Krafteinleitungspunkte, thermische Belastung, Oberflächenbeanspruchung) mit hohem Materialnutzungsgrad partiell definierte Werkstoffeigenschaften und Funktionsflächen sowie spezifische Funktionsmaterialen vollautomatisiert in einem monolithischen Bauteil realisiert werden können.

Um die hierfür erforderlichen Methoden, technologischen Grundlagen und Verfahren zu erforschen, arbeiten am CZM diverse Arbeitsgruppen im Bereich der Produktentwicklung, Produktionstechnik, Materialwissenschaften, Messtechnik, Mechanik sowie Regelungstechnik und Informatik zusammen.